键合工艺是HBM实现多层DRAM堆叠的关键环节。金元证券研究报告指出，随着堆叠层数从8-Hi增加至16-Hi、凸点间距缩小至20μm以下，传统回流焊+毛细底填充工艺面临严峻挑战。TCB+NCF、MR-MUF、混合键合等多种技术路线并行演进，各具优劣。本文系统梳理HBM键合工艺的技术路线、设备需求与产业趋势。
键合工艺——从回流焊到热压键合的技术演进
实现多层堆叠需将微凸点成功连接，常见工艺路径是批量回流焊接和逐芯片热压键合（TCB）。回流焊将带有焊料凸点的芯片与基板对准后放入加热炉，所有凸点焊料同时熔化润湿连接，效率高、成本低，适合凸点间距50μm以上封装。但传统回流法遇全局热膨胀失配，芯片在熔融焊料上位移，冷却后可能出现对准偏差和短路失效。TCB通过高精度键合头逐颗拾取芯片，精确对准微凸点与目标晶圆/基板，施加压力和局部加热使焊料熔化填充分隔，避免整体回流时的大尺度热应力，更好解决翘曲和错位问题。
底部填充技术——从CUF到MR-MUF的迭代
传统毛细流填充（CUF）从芯片边缘注入环氧树脂靠毛细作用渗入芯片间隙，成熟可靠但随堆叠层数增加和凸点间距减小（可低至20μm），毛细流动困难易残留空隙。非导电胶/膜（NCP/NCF）在芯片贴装前预涂底填充材料，热压键合时熔融充填并固化，无需事后注胶，免除了助焊剂残留清洗问题。液态模塑底填充（MR-MUF）一次工序完成多芯片包封和填充，使用低粘度、高渗透性树脂保证窄间隙无死角充填，相比逐层CUF可缩短约70%工艺时间。SK海力士的MR-MUF工艺通过液态模材实现较低键合应力和更优散热。
TCB工艺的挑战与Fluxless方案
TCB工艺存在两大缺陷：产能较低，需逐颗芯片拾取加压，无法批量处理；助焊剂残留问题突出，细间距下彻底清除难度很大。K&S开发出在TCB键合头内引入甲酸气氛的方法，在压焊同时清洁铜垫表面而无需助焊剂，既提高了通孔可靠性又简化了流程。NCF在HBM TSV堆叠中应用广泛，对每个键合界面提供一致填充，减少层间空隙和应力，但预涂材料需精确计量厚度以保证完全填充且不污染凸点表面。
混合键合——突破I/O密度极限的终极方案
混合键合不使用中间焊料凸点，直接通过芯片间表面材料实现连接。两片键合表面同时具备铜金属垫和二氧化硅介电层，经超平坦抛光和活化处理后接触键合，同时实现介质对介质和金属对金属的结合。混合键合彻底取消凸点焊料，键合间距可缩小至10μm及以下，电气性能提升（降低互连阻抗和电容），功耗和带宽密度优势显著，堆叠高度降低、散热改善。当间距步入10μm后，将只能采用混合键合技术。混合键合分为晶圆对晶圆（W2W）和晶粒对晶圆（D2W），D2W可“挑好合坏”，适合大芯片良率不高的场景。未来可能出现DRAM层间采用MR-MUF键合、通过D2W或W2W与基底逻辑Die键合的组合方式。
